ฐานหินแกรนิตสามารถขจัดความเครียดจากความร้อนสำหรับอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ได้หรือไม่

ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ของบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ที่ซับซ้อนและแม่นยำ ความเครียดจากความร้อนเปรียบเสมือน "ผู้ทำลายล้าง" ที่ซ่อนอยู่ในความมืด ซึ่งคุกคามคุณภาพของบรรจุภัณฑ์และประสิทธิภาพของชิปอยู่ตลอดเวลา ตั้งแต่ความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างชิปและวัสดุบรรจุภัณฑ์ไปจนถึงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรงในระหว่างกระบวนการบรรจุภัณฑ์ เส้นทางการสร้างความเครียดจากความร้อนมีความหลากหลาย แต่ทั้งหมดชี้ไปที่ผลลัพธ์ของการลดอัตราผลผลิตและส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาวของชิป ฐานหินแกรนิตที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุกำลังกลายเป็น "ผู้ช่วย" ที่ทรงพลังในการจัดการกับปัญหาความเครียดจากความร้อนอย่างเงียบๆ
ปัญหาความเครียดจากความร้อนในบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์
บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์เกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันของวัสดุจำนวนมาก ชิปมักประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ซิลิกอน ในขณะที่วัสดุบรรจุภัณฑ์ เช่น วัสดุบรรจุภัณฑ์พลาสติกและสารตั้งต้น มีคุณภาพแตกต่างกัน เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการบรรจุภัณฑ์ วัสดุต่างๆ จะแตกต่างกันอย่างมากในระดับของการขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อน เนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) ตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของชิปซิลิกอนอยู่ที่ประมาณ 2.6×10⁻⁶/℃ ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของวัสดุหล่อเรซินอีพอกซีทั่วไปสูงถึง 15-20 ×10⁻⁶/℃ ช่องว่างขนาดใหญ่ทำให้ระดับการหดตัวของชิปและวัสดุบรรจุภัณฑ์ไม่ซิงโครไนซ์ระหว่างขั้นตอนการระบายความร้อนหลังจากบรรจุภัณฑ์ ทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนที่รุนแรงที่อินเทอร์เฟซระหว่างทั้งสอง ภายใต้ผลกระทบต่อเนื่องของความเครียดจากความร้อน เวเฟอร์อาจบิดงอและเสียรูปได้ ในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรง เช่น รอยแตกร้าวบนชิป รอยเชื่อมที่แตกร้าว และการแยกตัวของอินเทอร์เฟซ ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของชิปเสียหายและอายุการใช้งานลดลงอย่างมาก ตามสถิติของอุตสาหกรรม อัตราข้อบกพร่องของบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ที่เกิดจากปัญหาความเครียดจากความร้อนอาจสูงถึง 10% ถึง 15% ซึ่งกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการพัฒนาที่มีประสิทธิภาพและคุณภาพสูงของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ข้อดีที่โดดเด่นของฐานหินแกรนิต
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ: หินแกรนิตประกอบด้วยผลึกแร่เป็นหลัก เช่น ควอตซ์และเฟลด์สปาร์ และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำมาก โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 0.6 ถึง 5×10⁻⁶/℃ ซึ่งใกล้เคียงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของชิปซิลิกอน คุณลักษณะนี้ทำให้ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ แม้จะพบความผันผวนของอุณหภูมิ ความแตกต่างของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างฐานหินแกรนิตกับชิปและวัสดุบรรจุภัณฑ์ก็ลดลงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 10℃ การเปลี่ยนแปลงขนาดของแพลตฟอร์มบรรจุภัณฑ์ที่สร้างขึ้นบนฐานหินแกรนิตสามารถลดลงได้มากกว่า 80% เมื่อเทียบกับฐานโลหะแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยบรรเทาความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากการขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อนแบบอะซิงโครนัสได้อย่างมาก และมอบสภาพแวดล้อมการรองรับที่เสถียรยิ่งขึ้นสำหรับเวเฟอร์
เสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม: หินแกรนิตมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม โครงสร้างภายในมีความหนาแน่น และผลึกถูกยึดติดอย่างแน่นหนาด้วยพันธะไอออนิกและโควาเลนต์ ทำให้สามารถถ่ายเทความร้อนภายในได้ช้า เมื่ออุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ผ่านรอบอุณหภูมิที่ซับซ้อน ฐานหินแกรนิตสามารถยับยั้งอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่มีต่อตัวมันเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรักษาระดับอุณหภูมิให้คงที่ การทดลองที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทั่วไปของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ (เช่น ±5℃ ต่อนาที) ความเบี่ยงเบนของความสม่ำเสมอของอุณหภูมิพื้นผิวของฐานหินแกรนิตสามารถควบคุมได้ภายใน ±0.1℃ หลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ของความเข้มข้นของความเครียดทางความร้อนที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิในพื้นที่ ทำให้มั่นใจได้ว่าเวเฟอร์จะอยู่ในสภาพแวดล้อมทางความร้อนที่สม่ำเสมอและเสถียรตลอดกระบวนการบรรจุภัณฑ์ และลดแหล่งที่มาของการสร้างความเครียดทางความร้อน
ความแข็งแกร่งสูงและการลดการสั่นสะเทือน: ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวทางกลภายใน (เช่น มอเตอร์ อุปกรณ์ส่งกำลัง ฯลฯ) จะสร้างการสั่นสะเทือน หากการสั่นสะเทือนเหล่านี้ถูกส่งไปยังเวเฟอร์ จะทำให้ความเสียหายที่เกิดจากความเครียดจากความร้อนต่อเวเฟอร์รุนแรงขึ้น ฐานหินแกรนิตมีความแข็งแกร่งสูงและความแข็งที่สูงกว่าวัสดุโลหะหลายชนิด ซึ่งสามารถต้านทานการรบกวนจากการสั่นสะเทือนภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน โครงสร้างภายในที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้มีประสิทธิภาพในการลดการสั่นสะเทือนที่ยอดเยี่ยมและช่วยให้สามารถกระจายพลังงานการสั่นสะเทือนได้อย่างรวดเร็ว ข้อมูลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าฐานหินแกรนิตสามารถลดการสั่นสะเทือนความถี่สูง (100-1000Hz) ที่เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ได้ 60% ถึง 80% ลดผลกระทบจากการสั่นสะเทือนและความเครียดจากความร้อนได้อย่างมาก และยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์จะมีความแม่นยำสูงและเชื่อถือได้สูงอีกด้วย
ผลการใช้งานจริง
ในสายการผลิตบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ของบริษัทผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่มีชื่อเสียง หลังจากนำอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ที่มีฐานหินแกรนิตมาใช้ ก็ประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่ง จากการวิเคราะห์ข้อมูลการตรวจสอบเวเฟอร์ 10,000 ชิ้นหลังการบรรจุ ก่อนนำฐานหินแกรนิตมาใช้ พบว่าอัตราข้อบกพร่องจากการบิดงอของเวเฟอร์ที่เกิดจากความเครียดจากความร้อนอยู่ที่ 12% อย่างไรก็ตาม หลังจากเปลี่ยนมาใช้ฐานหินแกรนิต อัตราข้อบกพร่องลดลงอย่างรวดเร็วเหลือภายใน 3% และอัตราผลผลิตก็เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ การทดสอบความน่าเชื่อถือในระยะยาวยังแสดงให้เห็นว่า หลังจากผ่านรอบอุณหภูมิสูง (125℃) และอุณหภูมิต่ำ (-55℃) 1,000 รอบ จำนวนจุดบัดกรีที่ล้มเหลวของชิปที่ใช้ฐานหินแกรนิตลดลง 70% เมื่อเทียบกับฐานแบบดั้งเดิม และเสถียรภาพด้านประสิทธิภาพของชิปก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก

เนื่องจากเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ยังคงพัฒนาไปสู่ความแม่นยำที่สูงขึ้นและขนาดที่เล็กลง ข้อกำหนดในการควบคุมความเค้นจากความร้อนในบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์จึงมีความเข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ ฐานแกรนิตซึ่งมีข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมในด้านค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนต่ำ ความเสถียรทางความร้อน และการลดการสั่นสะเทือน ได้กลายมาเป็นตัวเลือกสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพของบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์และลดผลกระทบของความเค้นจากความร้อน แกรนิตมีบทบาทสำคัญเพิ่มมากขึ้นในการสร้างหลักประกันการพัฒนาอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์